ฮาร์มอนิกอินเวอร์เตอร์ถูกระงับได้อย่างไร?

อินเวอร์เตอร์เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในอุตสาหกรรมต่างๆ โดยทำหน้าที่แปลงไฟฟ้ากระแสตรงเป็นไฟฟ้ากระแสสลับและช่วยให้ใช้พลังงานได้อย่างมีประสิทธิภาพ อย่างไรก็ตาม อินเวอร์เตอร์ยังสร้างฮาร์มอนิกส์ซึ่งอาจทำให้ระบบไฟฟ้าหยุดชะงักได้หากไม่ได้รับการจัดการอย่างเหมาะสม บทความนี้จะเจาะลึกถึงผลกระทบที่เป็นอันตรายของฮาร์มอนิกส์และหารือถึงกลยุทธ์ที่มีประสิทธิภาพในการลดผลกระทบดังกล่าว

อันตรายของฮาร์มอนิกส์

ฮาร์มอนิกส์คือรูปคลื่นไฟฟ้าที่ผิดเพี้ยนไปจากรูปร่างไซน์มาตรฐาน การผิดเพี้ยนเหล่านี้เกิดจากโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้น เช่น อินเวอร์เตอร์ซึ่งแนะนำความถี่ที่เป็นทวีคูณของความถี่พื้นฐาน การมีฮาร์มอนิกในระบบไฟฟ้าสามารถก่อให้เกิดผลเสียหลายประการ:

1. การสูญเสียพลังงานที่เพิ่มขึ้นในอุปกรณ์ไฟฟ้า: ฮาร์มอนิกทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานเพิ่มเติมในมอเตอร์ หม้อแปลง และอุปกรณ์ไฟฟ้าอื่นๆ เนื่องจากเอฟเฟกต์ผิว ซึ่งกระแสไฟฟ้าความถี่สูงจะรวมตัวอยู่ใกล้กับพื้นผิวของตัวนำ ทำให้ความต้านทานและความร้อนเพิ่มขึ้น ซึ่งอาจนำไปสู่การสะสมความร้อนมากเกินไป ประสิทธิภาพลดลง และอุปกรณ์เสียหายก่อนเวลาอันควร
2. การสั่นสะเทือนและเสียงรบกวนทางกล: ปฏิสัมพันธ์ระหว่างกระแสฮาร์มอนิกและสนามแม่เหล็กพื้นฐานในมอเตอร์สามารถสร้างการสั่นสะเทือนทางกลที่ไม่พึงประสงค์ได้ การสั่นสะเทือนเหล่านี้เร่งการสึกหรอของชิ้นส่วนต่างๆ เช่น ลูกปืนและเพลา ทำให้มีอายุการใช้งานสั้นลงและเพิ่มต้นทุนการบำรุงรักษา นอกจากนี้ ฮาร์มอนิกสามารถทำให้หม้อแปลงส่งเสียงรบกวน ซึ่งไม่เพียงแต่สร้างความรำคาญเท่านั้น แต่ยังเป็นสัญญาณบ่งชี้ถึงความเสียหายที่อาจเกิดขึ้นได้อีกด้วย
3. การพังทลายของฉนวนไฟฟ้า: ฮาร์มอนิกส์สามารถทำให้เกิดความเครียดแรงดันสูงในระบบฉนวนไฟฟ้า โดยเฉพาะในสายเคเบิลและหม้อแปลงไฟฟ้า ความเครียดดังกล่าวอาจนำไปสู่การพังทลายของฉนวนไฟฟ้า ส่งผลให้เกิดไฟฟ้าลัดวงจร อุปกรณ์เสียหาย และอาจเกิดสถานการณ์อันตรายได้
4. การรบกวนระบบสื่อสาร: ฮาร์มอนิกส์สามารถทำให้เกิดการรบกวนทางแม่เหล็กไฟฟ้า (EMI) ในสายสื่อสาร ส่งผลให้สัญญาณผิดเพี้ยนและลดความน่าเชื่อถือในการส่งข้อมูล การรบกวนดังกล่าวอาจรบกวนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนและนำไปสู่ความล้มเหลวในการสื่อสารในสภาพแวดล้อมทางอุตสาหกรรม
5. การสั่นพ้องและการขยายฮาร์มอนิกส์: ในบางกรณี ฮาร์มอนิกส์อาจทำให้เกิดการสั่นพ้องในระบบไฟฟ้า ซึ่งความถี่ฮาร์มอนิกบางความถี่จะถูกขยายแทนที่จะถูกทำให้ลดทอน การสั่นพ้องนี้สามารถนำไปสู่แรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าที่สูงจนเป็นอันตราย ซึ่งอาจทำให้เกิดความเสียหายร้ายแรงต่ออุปกรณ์และอาจนำไปสู่ความล้มเหลวอย่างร้ายแรงได้

วิธีการระงับฮาร์มอนิก

การระงับฮาร์มอนิกเป็นสิ่งสำคัญเพื่อให้แน่ใจว่าระบบไฟฟ้าทำงานได้อย่างเสถียรและมีประสิทธิภาพ มีกลยุทธ์หลายประการในการจัดการและลดผลกระทบของฮาร์มอนิก โดยเน้นที่ทั้งแหล่งที่มาของฮาร์มอนิกและเส้นทางที่ฮาร์มอนิกแพร่กระจาย

1. การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ที่เหมาะสม

เครื่องปฏิกรณ์หรือที่เรียกอีกอย่างว่าตัวเหนี่ยวนำ มักใช้เพื่อจำกัดการไหลของกระแสฮาร์มอนิก โดยการเพิ่มรีแอคแตนซ์เหนี่ยวนำให้กับวงจร เครื่องปฏิกรณ์จะช่วยปรับรูปคลื่นให้เรียบขึ้น ส่งผลให้แอมพลิจูดของฮาร์มอนิกลดลง โดยทั่วไปจะใช้เครื่องปฏิกรณ์ 2 ประเภท:

• Line Reactors: ติดตั้งไว้ระหว่างแหล่งจ่ายไฟและอินเวอร์เตอร์ Line Reactors ช่วยกรองฮาร์มอนิกส์ที่สร้างขึ้นโดยอินเวอร์เตอร์ก่อนที่จะเข้าสู่โครงข่ายไฟฟ้า Line Reactors จะสร้างเอฟเฟกต์บัฟเฟอร์ ลดผลกระทบของฮาร์มอนิกส์ต่ออุปกรณ์ต้นทางและระบบไฟฟ้าโดยรวม
• โหลดรีแอ็กเตอร์: อยู่ระหว่างอินเวอร์เตอร์และโหลด (เช่น มอเตอร์) โหลดรีแอ็กเตอร์ช่วยป้องกันโหลดจากกระแสฮาร์มอนิกความถี่สูง ลดความเสี่ยงของความร้อนสูงเกินไป และปรับปรุงประสิทธิภาพและอายุการใช้งานของอุปกรณ์

การใช้เครื่องปฏิกรณ์สามารถลดความเพี้ยนฮาร์มอนิกรวม (THD) ในระบบได้อย่างมาก ส่งผลให้คุณภาพไฟฟ้าดีขึ้นและเพิ่มความน่าเชื่อถือของอุปกรณ์

2. การแยกไฟฟ้าหรือการติดตั้งหม้อแปลงแยก

หม้อแปลงแยกเป็นอีกทางเลือกที่มีประสิทธิภาพในการป้องกันฮาร์มอนิก โดยทำหน้าที่แยกไฟฟ้าระหว่างแหล่งจ่ายไฟและโหลด ซึ่งสามารถช่วยได้หลายวิธี ดังนี้

• การบรรเทาการแพร่กระจายฮาร์มอนิก: หม้อแปลงแยกจะปิดกั้นการผ่านโดยตรงของฮาร์มอนิกจากอินเวอร์เตอร์ไปยังโหลดหรือโครงข่ายไฟฟ้า โดยการแยกขดลวดปฐมภูมิและทุติยภูมิออกจากกัน หม้อแปลงเหล่านี้จะป้องกันไม่ให้กระแสฮาร์มอนิกไหลเวียนผ่านระบบ
• การลดสัญญาณรบกวนโหมดทั่วไป: สัญญาณรบกวนโหมดทั่วไป ซึ่งเป็นสัญญาณรบกวนประเภทหนึ่งที่เกิดจากฮาร์โมนิก อาจส่งผลเสียต่ออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อน หม้อแปลงแยกสัญญาณสามารถลดสัญญาณรบกวนนี้ได้โดยจัดให้มีเส้นทางอิมพีแดนซ์ต่ำลงสู่กราวด์ ซึ่งจะช่วยกรองฮาร์โมนิกความถี่สูงออกไปได้อย่างมีประสิทธิภาพ
• คุณภาพไฟฟ้าที่ดีขึ้น: หม้อแปลงแยกช่วยรักษาระดับแรงดันไฟฟ้าให้คงที่และลดความเสี่ยงของไฟกระชากที่เกิดจากฮาร์มอนิกเรโซแนนซ์ โดยการแยกโหลดออกจากแหล่งจ่ายไฟ ส่งผลให้จ่ายไฟฟ้าไปยังอุปกรณ์สำคัญได้สม่ำเสมอและเชื่อถือได้มากขึ้น

หม้อแปลงแยกมีประโยชน์อย่างยิ่งในสภาพแวดล้อมที่คุณภาพไฟฟ้าสูงเป็นสิ่งสำคัญ เช่น ในศูนย์ข้อมูล โรงพยาบาล และโรงงานอุตสาหกรรมที่มีอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อน

สรุป

ฮาร์มอนิกส์เป็นความท้าทายที่สำคัญในระบบไฟฟ้าสมัยใหม่ โดยเฉพาะในอุตสาหกรรมที่ต้องพึ่งพาอินเวอร์เตอร์และโหลดที่ไม่เป็นเชิงเส้นอื่นๆ เป็นอย่างมาก อันตรายจากฮาร์มอนิกส์ได้แก่ การสูญเสียที่เพิ่มขึ้น ความเสียหายของอุปกรณ์ และการรบกวนระบบสื่อสาร ซึ่งทั้งหมดนี้สามารถนำไปสู่การหยุดทำงานและการซ่อมแซมที่มีค่าใช้จ่ายสูง

โชคดีที่การใช้กลยุทธ์ต่างๆ เช่น การติดตั้งเครื่องปฏิกรณ์ที่เหมาะสมและการใช้หม้อแปลงแยกส่วนสามารถป้องกันผลกระทบที่เป็นอันตรายจากฮาร์มอนิกได้อย่างมีประสิทธิภาพ มาตรการเหล่านี้ไม่เพียงแต่ช่วยปกป้องอุปกรณ์เท่านั้น แต่ยังช่วยให้ระบบไฟฟ้ามีเสถียรภาพและมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งส่งผลให้ต้นทุนการดำเนินงานลดลงและความน่าเชื่อถือของระบบเพิ่มขึ้นในที่สุด

หากคุณยังมีคำถามที่ไม่ได้รับคำตอบ โปรดติดต่อเรา จีเทค และเรายินดีเป็นอย่างยิ่งที่จะช่วยเหลือคุณกับคำถามใดๆ เกี่ยวกับฮาร์โมนิกของคุณ